電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理PPT

1、07.01.2021,1,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理,07.01.2021,2,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理 第二節(jié) 通信系統(tǒng)模型 第三節(jié) 遠(yuǎn)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層 第五節(jié) 遠(yuǎn)動信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?第六節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動的主要性能指標(biāo) 第七節(jié) 我國電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況,07.01.2021,3,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,一、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控 1.遠(yuǎn)動 遠(yuǎn)動，應(yīng)用通信技術(shù)對遠(yuǎn)方的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程信號、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)等各項(xiàng)功能,07.01.2021,4,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,近程監(jiān)控： 如：發(fā)電廠內(nèi)部

2、鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)等所配備的自動裝置、監(jiān)控盤等 遠(yuǎn)程監(jiān)控：如調(diào)度控制中心要對電力系統(tǒng)中分布地域遼闊的發(fā)電廠、變電所等進(jìn)行的監(jiān)控。 采用計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)就稱為電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),07.01.2021,5,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動的主要任務(wù)： 將表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和各發(fā)電廠和變電所的有關(guān)實(shí)時信息采集到調(diào)度控制中心； 把調(diào)度控制中心的命令發(fā)往發(fā)電廠和變電所，對設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,6,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,從發(fā)電廠和變電所發(fā)往調(diào)度控制中心的有：測量量和狀態(tài)量等 測量量：有功功率、無功功率、電壓、電 流、頻率、水庫的水位等。 狀態(tài)

3、量：斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)，自動裝置、繼電保護(hù)的動作狀態(tài)，發(fā)電機(jī)組、遠(yuǎn)動設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等,07.01.2021,7,遠(yuǎn)動系統(tǒng)的四項(xiàng)基本功能： 遙測、遙信、遙控、遙調(diào) 應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測變量的測量值，稱為遠(yuǎn)程測量，簡稱遙測。 應(yīng)用通信技術(shù)完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，稱為遠(yuǎn)程信號，簡稱遙信,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,8,調(diào)度控制中心送給發(fā)電廠或變電所的遠(yuǎn)程命令有控制命令和調(diào)節(jié)命令等,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,9,應(yīng)用通信技術(shù)，完成改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令稱為遠(yuǎn)程命令，又稱遙控。 （當(dāng)調(diào)度控制中心需要直接控制發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備

4、進(jìn)行分、合、起、?？刂?，就發(fā)出相應(yīng)的控制命令。這種應(yīng)用通信技術(shù)，完成對有兩個確定狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制稱為遠(yuǎn)程切換。在我國，通常把遠(yuǎn)程切換也稱為遙控。,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,10,當(dāng)調(diào)度控制中心需要對發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)（例如改變發(fā)電機(jī)組的有功出力，）就發(fā)出相應(yīng)的調(diào)節(jié)命令，用以改變機(jī)組有功調(diào)節(jié)器的整定值。 對于具有兩個以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備發(fā)出的遠(yuǎn)程命令，稱為遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，簡稱遙調(diào),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,11,二、電力系統(tǒng)的分層管理,07.01.2021,12,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)：規(guī)

5、模大，地域廣，運(yùn)行復(fù)雜，要將全系統(tǒng)的信息全部集中到一個中央調(diào)度控制中心進(jìn)行完全集中式的監(jiān)視和控制，龐大的信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，困難、沒必要。不得于故障隔離。 所以：分層管理,07.01.2021,13,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,我國電力系統(tǒng)的五級調(diào)度體制 國家調(diào)度一級電網(wǎng)調(diào)度（簡稱國調(diào)） 大區(qū)的電網(wǎng)調(diào)度(網(wǎng)調(diào))、 省電網(wǎng)調(diào)度(省調(diào))、 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度(地調(diào))、 縣電網(wǎng)調(diào)度(縣調(diào)) （如圖11,07.01.2021,14,二、電力系統(tǒng)的分層管理,國家調(diào)度,網(wǎng)調(diào),地調(diào),省調(diào),縣調(diào),大型電廠,省屬電廠,地區(qū)電廠,縣屬電廠,500kV 變電所,220kV 主干變電所,220kV 變電所,110k

6、V、35kV 變電所,中小型 變電所,圖1-1 電力系統(tǒng)分層管理示意,07.01.2021,15,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)調(diào)度控制的基本任務(wù)： 保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行， 以質(zhì)量合格的電能滿足用戶用電的需要， 并使發(fā)電成本為最低,07.01.2021,16,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)調(diào)度控制主要作用： (1)采集表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種實(shí)時信息，進(jìn)行安全監(jiān)視。 (2)制定、執(zhí)行運(yùn)行計劃。在保證系統(tǒng)安全及供電質(zhì)量的前提下，使發(fā)電成本最低。 (3)電力系統(tǒng)安全水平的分析與控制（在緊急狀態(tài)下進(jìn)行安全控制以防事故擴(kuò)大,07.01.2021,17,各級調(diào)度的基本功能：數(shù)

7、據(jù)采集與監(jiān)控SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition） 最基本的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)： 數(shù)據(jù)采集 信息顯示 監(jiān)視控制 告警處理 事件順序記錄 數(shù)據(jù)計算及事故追憶等,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,18,能量管理系統(tǒng)EMS (Energy Management System)： 具有SCADA、AGC/EDC和安全分析等功能的更完善的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,19,自動發(fā)電控制AGC (Automatic Generation Control)的主要功能： 維持

8、電力系統(tǒng)的頻率水平，使發(fā)電出力跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷，分配發(fā)電出力并維持聯(lián)絡(luò)線交換功率為規(guī)定值。 經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制EDC (Economic Disptch Control)的主要功能： 分配發(fā)電出力，使本區(qū)的發(fā)電成本為最小。 （有時將EDC功能包括在AGC之中,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,20,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,21,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,22,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),分為四個子系統(tǒng) 信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng) 信息傳輸子系統(tǒng) 信息采集處理和控制子系統(tǒng) 人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng),07.01.2021,23,第二節(jié) 通信系統(tǒng)模型,07.0

9、1.2021,24,一、模擬通信和數(shù)字通信,1. 通信系統(tǒng)基本模型,07.01.2021,25,2. 模擬信號與數(shù)字信號 連續(xù)消息：狀態(tài)聯(lián)系變化的消息，如強(qiáng)弱連續(xù)變化的語音等，也稱模擬消息 離散消息：消息狀態(tài)離散的，如符號、文字等，也稱數(shù)字消息,模擬信號：信號的波形為時間的連續(xù)函數(shù) 數(shù)字信號：幅度不隨時間作連續(xù)變化，只能取有限個離散值,07.01.2021,26,和模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng) 便于使用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)對數(shù)字信號進(jìn)行處理。 可以傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)變得通用、靈活。 缺點(diǎn)是：占用的信道頻帶通常要寬的多,3.數(shù)字通信 傳輸模擬信號的通信方式模擬通信 傳輸數(shù)字信號的

10、通信方式數(shù)字通信,07.01.2021,27,信息源,信息編碼器,信道編碼器,調(diào)制器,受信者,解調(diào)器,信道譯碼器,信源譯碼器,信道,噪聲源,同步,同步,編碼器,譯碼器,發(fā)送端,接收端,圖1-4 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,4. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,07.01.2021,28,二、通信工作方式,07.01.2021,29,二、通信工作方式,數(shù)字通信系統(tǒng)的工作方式按照消息傳送的方向和時間，可分為 單工通信 半雙工通信 全雙工通信,07.01.2021,30,三、波特率和比特速率,消息傳送的速度可以用每秒傳送的碼元數(shù) 衡量，稱為碼元速率，單位為波特 (Bd，Baud) 碼元速率也稱波特率，它表征每秒傳送的碼數(shù),

11、傳輸速率也可以用信息傳輸速率來表征。信息傳輸速率又稱信息速率或比特速率，定義為每秒傳送的信息量，單位是bits(比特/秒,07.01.2021,31,第三節(jié) 遠(yuǎn)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,32,1. 主站、子站與RTU,對其它站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的站，稱為監(jiān)控站或主站，受主站監(jiān)控的站稱為被控站或分站、子站。 在被控站內(nèi)按規(guī)約完成遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能的設(shè)備，稱為遠(yuǎn)動終端RTU,07.01.2021,33,2. 上行信息、下行信息,被控站發(fā)往控制站的信息，如遙測信息、遙信信息等，稱為上行信息，所用信道稱為上行信道。 控制站發(fā)往被控站的信息，如遙控信息、遙調(diào)信息等，

12、稱為下行信息，所用信道稱為下行信道。 遠(yuǎn)動系統(tǒng)是由控制站、被控站及信道等組成,07.01.2021,34,遙測： 有功功率、無功功率、電壓、電流等被測量通常先由電量變送器變換為與之成正比的直流模擬電量，然后進(jìn)入遠(yuǎn)動裝置。 遙測編碼器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，編成一定格式的代碼。信道編碼器為遙測數(shù)據(jù)添加監(jiān)督碼元，進(jìn)行抗干擾編碼。 調(diào)制器把要傳送的數(shù)字序列調(diào)制成交流電的頻率或相位等。調(diào)制后的信號就沿著信道傳送到對方,07.01.2021,35,遙信 遙信與遙測類似，但遙信傳送的是狀態(tài)量。 一位二元制數(shù)可表示一個開關(guān)位置狀態(tài),07.01.2021,36,分路器,信道譯碼器,信道編碼器,并串變換,調(diào)制器,

13、解調(diào)器,串并變換,遙測編碼器,遙信編碼器,遙測 顯示器,遙信 顯示器,至主計算機(jī),信道,干擾,調(diào)度端,廠站端,a）遙測、遙信,變送器,變送器,狀 態(tài) 量,被測物理量,07.01.2021,37,分路器,信道譯碼器,信道編碼器,并串變換,調(diào)制器,解調(diào)器,串并變換,遙控編碼器,遙調(diào)編碼器,信道,干擾,調(diào)度端,廠站端,b）遙控、遙調(diào),遙控執(zhí)行,遙調(diào)執(zhí)行,07.01.2021,38,同步在數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要性,在數(shù)字式遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，若干碼元組成一個遠(yuǎn)動字，若干遠(yuǎn)動字組成一個遠(yuǎn)動幀。發(fā)送端按規(guī)定的節(jié)拍和次序逐一發(fā)送，接收端也必須以相同的節(jié)拍逐一接收，即收發(fā)兩端的碼位、字和幀應(yīng)該保持同步，否則將會造成混亂

14、甚至無法作,07.01.2021,39,第四節(jié) 遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層,07.01.2021,40,一、基本類型,點(diǎn)對點(diǎn)配置 多路點(diǎn)對點(diǎn)配置 多點(diǎn)星形配置 多點(diǎn)共線配置 多點(diǎn)環(huán)形配置,若干遠(yuǎn)動站和連接各遠(yuǎn)動站的鏈路的組合體稱為遠(yuǎn)動配置。遠(yuǎn)動配置有如下幾種基本類型,07.01.2021,41,a,b,c,d,e,主站,子站,圖1-8 遠(yuǎn)動系統(tǒng)的配置 (a)點(diǎn)對點(diǎn)； (b)多路點(diǎn)對點(diǎn)；(c)多點(diǎn)星形；(d)多點(diǎn)共線；(e)多點(diǎn)環(huán)形,07.01.2021,42,可組合配置,07.01.2021,43,第五節(jié) 遠(yuǎn)動信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?07.01.2021,44,在數(shù)字式遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動信息都

15、采用數(shù)字形式，一組數(shù)據(jù)表示一定的遠(yuǎn)動信息，稱為一個遠(yuǎn)動字,序號,標(biāo)志,用戶數(shù)據(jù),監(jiān)督碼元,幀分界符,遠(yuǎn)動字,遠(yuǎn)動字,遠(yuǎn)動字,幀分界符,控制字,遠(yuǎn)動字,遠(yuǎn)動字,a,b,c,圖1-9 遠(yuǎn)動字結(jié)構(gòu)和幀結(jié)構(gòu) (a)字結(jié)構(gòu)；(b) 幀結(jié)構(gòu)之一；(c)幀結(jié)構(gòu)之二,07.01.2021,45,遙測或遙信字的一般結(jié)構(gòu)見圖19(a,用戶數(shù)據(jù)是遙測量數(shù)據(jù)或狀態(tài)量數(shù)據(jù)等 標(biāo)志用以表明該遠(yuǎn)動字的特征 為了使各遠(yuǎn)動字能相互區(qū)別，給遠(yuǎn)動字設(shè)置了序號，也稱地址碼 監(jiān)督碼元用來提高抗干擾能力,07.01.2021,46,幀的開頭有幀分界符，作為一幀開始的標(biāo)志 接著就是遠(yuǎn)動字,若干遠(yuǎn)動字組成一幀，幀結(jié)構(gòu)如圖19(b,07.01

16、.2021,47,如果信道上連接的遠(yuǎn)動站較多，則在傳送的數(shù)據(jù)中應(yīng)標(biāo)上源發(fā)站與目的站的地址,圖19(c)的幀結(jié)構(gòu)中設(shè)置有控制字，可用于標(biāo)明這一幀信息的源發(fā)站和目的站的地址。此外，控制字還可用來標(biāo)明這一幀信息的特征，如幀的類型是遙測類還是遙信類，這一幀的長度是多少字節(jié)等,07.01.2021,48,遠(yuǎn)動信息的傳送在控制站與被控站之間有一方是主叫方，即發(fā)動通信的一方，而另一方則是被叫方。在遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，按發(fā)動通信傳輸?shù)哪Ｊ絹韯澐?，可有以下幾種基本類型,循環(huán)傳輸模式 自發(fā)(事件發(fā)動)傳輸模式 按請求(問答或輪詢)傳輸模式,07.01.2021,49,第六節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動的主要性能指標(biāo),07.01.202

17、1,50,一、可靠性,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動的基本要求是可靠、準(zhǔn)確和及時 1. 系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性 遠(yuǎn)動系統(tǒng)或裝置的可靠性是指它在規(guī)定的時間和使用條件下完成所要求功能的能力。 可靠性一般可用“平均故障間隔時間”和“可用率”來衡量。 平均故障間隔時間MTBF是功能部件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定壽命期限內(nèi)相鄰兩次故障之間工作時間的統(tǒng)計平均值,07.01.2021,51,可用率A是設(shè)備或系統(tǒng)處于良好狀態(tài)的可使用時間所占的百分?jǐn)?shù)，其表達(dá)式為,07.01.2021,52,2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?即使遠(yuǎn)動裝置處于良好的工作狀態(tài)，但數(shù)據(jù)在信道上傳輸時仍有可能因受到干擾而出現(xiàn)差錯。 通常用比特差錯率 來衡量碼元傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

18、比特差錯率亦稱誤碼率，它是收到的有錯碼元數(shù)和總的發(fā)送碼元數(shù)之比，即,07.01.2021,53,總準(zhǔn)確度是指信息經(jīng)變換(模數(shù)變換、數(shù)模變換等)和處理等各種環(huán)節(jié)后，信息源和信息宿兩者之間的偏差。用偏差對滿刻度的百分比表示，IECTC-57對總準(zhǔn)確度級別的劃分見表1-5,表1-5 總準(zhǔn)確度級別,二、準(zhǔn)確度,07.01.2021,54,三、實(shí)時性 電力系統(tǒng)對遠(yuǎn)動信息傳輸?shù)膶?shí)時性要求，用容許的“總傳送時間”來表示。 總傳送時間是指從發(fā)送站的事件發(fā)生開始，到接收站呈現(xiàn)出相應(yīng)的信息為止的總延遲時間，包括發(fā)送站外圍輸入設(shè)備(如中間繼電器、電量變送器)和接收站相應(yīng)的外圍輸出設(shè)備(如信號燈、顯示儀表)產(chǎn)生的延遲時間,07.01.2021,55,作為一般監(jiān)視用的遙測量，重要的、變動快的遙測量可定為3s，對于不重要的、變動較慢的遙測量可定為10s或更長些。 對于遙信，因反映的信息可能與系統(tǒng)事故有關(guān)，因而開關(guān)位置狀態(tài)改變(即變位)的總傳送時間一般要求不大于3s。 對于遙控和遙調(diào)命令，總傳送時間一般允許不大于4s,07.01